Luyện tập: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật

Quy tắc moment lực dùng được cho vật rắn có trục cố định và không cố định.

- Ví dụ về áp dụng quy tắc moment lực cho trường hợp cái cân thăng bằng là vật rắn có trục quay cố định.

- Ví dụ áp dụng quy tắc moment lực cho trường hợp chiếc cuốc chim đang được dùng để bẩy một tảng đá (trục quay tạm thời đi qua điểm tiếp xúc của cuốc với mặt đất).

Ta có:

Tâm quay O, lực F làm vật quay theo chiều kim đồng hồ trọng lực P làm vật quay ngược nhiều kim đồng hồ:

Mặt khác: 

Thanh cân bằng, áp dụng quy tắc moment, ta có:

Cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.

Đáp án "Moment lực tác dụng lên vật là đại lượng vô hướng" – sai vì moment lực tác dụng lên vật là đại lượng có hướng.

Đáp án "Moment lực đối với một trục quay được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó" – đúng.

Đáp án "Moment lực là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của lực" – sai vì moment lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực.

Đáp án "Đơn vị của moment lực là N/m" – sai vì đơn vị moment lực là

Khi vật rắn không có trục quay cố định chịu tác dụng của moment ngẫu lực thì vật sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.

Trường hợp này ngẫu lực không gây ra một tác dụng nào đối với trục quay nghĩa là có trục quay qua tâm cũng như không có.

Áp dụng quy tắc moment ta có:

Khi vật rắn có trục quay cố định chịu tác dụng của moment ngẫu lực thì vật rắn sẽ quay quanh trục cố định đó.

Công thức tính moment lực đối với một trục quay là trong đó là độ lớn của lực tác dụng, là cánh tay đòn.

 Phân tích lực như hình vẽ:

Tâm quay tại A

Cánh tay đòn của lực F:

Cánh tay đòn của lực P:

Theo quy tắc moment, ta có:

Từ (1) và (2), ta suy ra:

Moment của lực đối với trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực quanh trục ấy được đo bằng tích của lực tác dụng với cánh tay đòn.

Gọi “đĩa cân bên này” là đĩa cân 1, “đĩa cân bên kia” là đĩa cân 2; là trọng lượng của vật cần cân.

Áp dụng quy tắc moment, ta có:

Khi cân lần 1:

Khi cân lần 2:

Lấy (1) chia cho (2), ta được:

Moment của ngẫu lực là:

Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay → cánh tay đòn khác không → moment của lực F đối với trục quay khác không sẽ làm cho vật quay quanh trục quay.

Coi quá trình lật ngược chiếc đồng hồ cát là rất nhanh. Trong quá trình cát chảy xuống, cân vẫn thăng bằng vì trọng lượng ở hai bên đĩa không đổi.